汽車的燃油經(jīng)濟性

第二章汽車的燃油經(jīng)濟性本章基本思路：1、如何準確評價汽車燃油經(jīng)濟性

2、如何計算汽車的燃油經(jīng)濟性

3、有哪些因素影響汽車的燃油經(jīng)濟性？4、如何計算裝有變矩器汽車的燃油經(jīng)濟性？循環(huán)試驗工況

依據(jù)汽車發(fā)動機萬有特性進行燃油經(jīng)濟性估算

汽車的使用因素、汽車的結(jié)構(gòu)因素（轎車的尺寸和質(zhì)量、發(fā)動機的性能、傳動系類型和匹配、汽車的外形和輪胎等）5、新一代高效率節(jié)能汽車的研究（電動汽車的研究）

依據(jù)發(fā)動機小時燃油消耗量求出共5節(jié)內(nèi)容§1汽車燃油經(jīng)濟性評價指標§2汽車燃油經(jīng)濟性計算§3影響汽車燃油經(jīng)濟性的因素§4裝有液力變矩器汽車的燃油經(jīng)濟性計算§5電動汽車的研究（Prius介紹）燃油經(jīng)濟性盡量少的燃油消耗一定的動力性條件下燃油經(jīng)濟性好降低汽車的使用費用減少進口的石油量節(jié)約資源降低CO2等的排放

意義研究有何意義？

第一節(jié)汽車燃油經(jīng)濟性的評價指標評價指標每百公里的燃油消耗量一定的燃油量行駛的里程等速百公里燃油消耗量曲線循環(huán)行駛試驗工況反映實際的汽車行駛情況本節(jié)解決的基本問題：如何準確評價汽車燃油經(jīng)濟性為什么等速行駛工況并沒有全面反映汽車的實際運行情況？測量汽車燃油經(jīng)濟性的行駛工況圖歐洲經(jīng)濟委員會ECE汽車測功器循環(huán)油耗：利用底盤測功機(轉(zhuǎn)鼓試驗臺)在室內(nèi)模擬各種工況進行測試。測量汽車燃油經(jīng)濟性的行駛工況圖美國環(huán)境保護局EPA

測量汽車燃油經(jīng)濟性的行駛工況圖我國《乘用車燃油消耗量限值》1、執(zhí)行及實施日期2005.07.01正式實施（1）對于新開發(fā)車型：2005.07.01開始執(zhí)行第一階段限值要求，第二階段執(zhí)行日期為2008.0101（2）對于在生產(chǎn)車型2006.0701執(zhí)行第一階段限值要求，第二階段執(zhí)行日期為2009.0101。2、標準（1）限值：如表2－2所列（2）測量方法：A、燃油消耗量：碳平衡法計算B、試驗循環(huán)：如圖2-3第二節(jié)汽車燃油經(jīng)濟性的計算發(fā)動機的萬有特性曲線Pe~n~b功率平衡曲線燃油經(jīng)濟性的計算)本節(jié)解決的基本問題：如何計算汽車的燃油經(jīng)濟性依據(jù)汽車發(fā)動機萬有特性進行燃油經(jīng)濟性計算發(fā)動機負荷特性：轉(zhuǎn)速n不變，be=f(Pe),B=f(Pe),tr=f(Pe)，發(fā)動機速度特性：節(jié)氣門開度α不變，Ttq=f(n),Pe=f(n),be=f(n),發(fā)動機萬有特性：n為橫坐標，Pme（Pe)為縱坐標，在圖上畫出許多等be,等α，等排放、等Φa等曲線。發(fā)動機的萬有特性曲線最佳燃油經(jīng)濟性出現(xiàn)在一個很小的發(fā)動機轉(zhuǎn)速區(qū)域內(nèi)，而在此區(qū)域內(nèi)燃油經(jīng)濟性最佳的負荷率大致為80~90%

所謂負荷率是在一個確定的發(fā)動機轉(zhuǎn)速下,實際負荷與該轉(zhuǎn)速下最大可能承受的負荷的比值。隨著負荷率下降發(fā)動機的效率也大幅度下降。Pe1Pe2Pe3η負荷＝Pe2Pe1×100％可見，部分負荷，尤其是低速時負荷率很低，負荷率遠離比耗油率的最佳經(jīng)濟區(qū)！發(fā)動機實際負荷

等速行駛工況燃油消耗量的計算萬有特性曲線車速ua阻力功率P燃油消耗率燃油消耗量P阻力功率(KW)b燃油消耗率(g/(KWh)ρgN/L單位時間內(nèi)的燃油消耗量等速行駛?cè)加拖牧康挠嬎阈谐蘳(m)車速ua(Km/h)所用時間t(s)等速行駛sm燃油消耗量折算成等速百公里燃油消耗量等加速行駛工況燃油消耗量的計算發(fā)動機提供的功率滾動阻力功率空氣阻力功率加速阻力功率等加速行駛?cè)加拖牧康挠嬎?ua1~ua2)將ua2-ua1分成若干個小區(qū)間每個區(qū)間計算燃油消耗量將所有區(qū)間的燃油消耗量相加等加速行駛工況燃油消耗量將ua2-ua1分成若干個小區(qū)間（如每1Km/h為一區(qū)間）速度增加1Km/h所需的時間(s)發(fā)動機的功率每個區(qū)間計算燃油消耗量燃油消耗率區(qū)間起始時的車速區(qū)間燃油消耗量將所有區(qū)間的燃油消耗量相加如第一個區(qū)間的燃油消耗量為如第二個區(qū)間的燃油消耗量為等加速行駛工況燃油消耗量等加速區(qū)間內(nèi)行駛的距離等減速行駛工況燃油消耗量的計算等減速行駛發(fā)動機怠速狀態(tài)等減速行駛?cè)加拖牧康∷偃加拖穆实葴p速行駛時間減速時間t(s)減速過程燃油消耗量

(ml)怠速燃油消耗率等減速過程行駛的距離(m)怠速停車時的燃油消耗量的計算怠速停車燃油消耗量怠速燃油消耗率怠速停車時間整個循環(huán)工況的百公里燃油消耗量的計算循環(huán)工況等速等加速怠速停車等減速百公里燃油消耗量CHINAECE-R.15整個循環(huán)行駛的距離第三節(jié)影響汽車燃油經(jīng)濟性的因素汽車等速百公里燃油消耗量行駛阻力本節(jié)解決的基本問題：有哪些因素影響汽車的燃油經(jīng)濟性發(fā)動機應提供的功率比耗油率美國轎車循環(huán)工況的能量平衡影響汽車燃油經(jīng)濟性的因素汽車的使用汽車的結(jié)構(gòu)汽車的使用行駛車速擋位的選擇掛車的應用保養(yǎng)與調(diào)整燃油消耗率后備功率的變化發(fā)動機的負荷增加質(zhì)量利用系數(shù)大發(fā)動機的性能汽車的行駛阻力一、汽車的使用二、汽車的結(jié)構(gòu)轎車的尺寸和質(zhì)量轎車的尺寸和質(zhì)量Ff,Fw,Fi,Fj發(fā)動機負荷較低微型車鋁和復合材料鋁合金車身Lupo3LTDI1.2TDIThisinlinethreecylinder

/wiki/Wikipedia:Contact_us燃油經(jīng)濟性與汽車質(zhì)量的關(guān)系發(fā)動機性能發(fā)動機的性能機械損耗熱損失提高機械和熱效率柴油機的效率高增壓發(fā)動機的應用發(fā)動機電噴技術(shù)65%化學能汽油缸內(nèi)直噴技術(shù)傳動系性能傳動系的擋位分級式變速器發(fā)動機的負荷無級式變速器傳動系檔位數(shù)增多后，增加了選擇合適檔位使發(fā)動機處于經(jīng)濟工作狀況的機會，有利于提高燃油經(jīng)濟性？如何解釋?發(fā)動機的某一負荷

ua=0.377nr/i0ign1n2u1u2檔位數(shù)增多 →受結(jié)構(gòu)復雜、制造成本↑→CVT因此，增加了選擇合適檔位使發(fā)動機處于經(jīng)濟工作狀況的機會，有利于提高燃油經(jīng)濟性無級變速傳動的工作原理簡介工作原理ContinuouslyVariableTransmission無級變速的歷史與未來1886年德國奔馳公司V型橡膠帶式CVT1930年在AustinSixteen車上裝用了牽引式CVT1958年，荷蘭雙V型橡膠帶式CVTDAF66(VOLVO340)Variomatic1997年日產(chǎn)公司開發(fā)了使用在2.0L汽車上的CVT，手動換檔模式的CVT富士重工在1987年，首次裝在SUBARUJUSTY車上；富士重工在1997，Vistro微型車全裝配了全計算機控制式E-CVT燃料消耗,MVEGcycle,onAudiA6previousV62.8Lmanualtiptronic99,51010,59,9l/100km10,6l/100km9,7l/100kmmanual99,51010,59,6l/100km10,2l/100km9,5l/100kmNewAudiA4V63,0L燃料消耗,MVEGcycle,onAudiA4V63.0Lmultitronicmultitronictiptronic優(yōu)點改善燃油經(jīng)濟性MVEG(MotorVehicleEmissionsGroup)操作方便性乘員舒適性排放結(jié)構(gòu)簡單，體積小、零件少動力性缺點成本較高VT1F￡2760￡300效率較低傳遞功率有限金屬帶關(guān)鍵技術(shù)MetalPushingVBelt荷蘭VDT公司的專利產(chǎn)品金屬傳動帶金屬傳動帶由多個金屬片和兩組金屬環(huán)組成，金屬片在兩側(cè)工作輪的擠壓作用下傳遞動力，金屬環(huán)在動力傳遞過程中主要用來將金屬片約束在一起，并正確地引導金屬片運動。帶輪CVT控制目標 CVT傳動系的主要任務1）把發(fā)動機輸出功率可靠地傳遞到驅(qū)動輪，并盡可能減小功率損失。2）根據(jù)汽車的運行條件，按駕駛員選定的工作模式自動改變速比，使發(fā)動機維持在理想的工作點。無級變速的控制技術(shù)CVT的關(guān)鍵控制技術(shù)1、夾緊力控制2、速比控制主要性能參數(shù)發(fā)動機功率和轉(zhuǎn)矩<150KW，<350Nm速比變化范圍5.4~6.4生產(chǎn)與應用廠家：金屬帶式CVT

從發(fā)動機試驗臺架上獲得的，n不變時b與Pe的關(guān)系（負荷特性），我們很容易找出，某一n最小的b包絡線即為最低燃油消耗率曲線某一車速ua’的傳動比

ne’ri’=0.377i0ua’外特性最佳燃油消耗率特性某一ψ路面的阻力功率曲線將同一ψ路面所求出的i’連起來有無數(shù)多的工況點

最經(jīng)濟因此可得到無數(shù)iαΨ=0.25Ψ=0.01ua(Pe)ua(Pe)從發(fā)動機試驗臺架上獲得的，n不變時b與Pe的關(guān)系（負荷特性），我們很容易找出，某一n最小的b包絡線即為最低燃油消耗率曲線某一車速ua’的傳動比

ne’ri’=0.377i0ua’外特性最佳燃油消耗率特性將同一ψ路面所求出的i’連起來有無數(shù)多的工況點

最經(jīng)濟因此可得到無數(shù)in,α,Ψ=0.25Ψ=0.01EDBCAn=uai0imax`/0.377rn=uai0imin/0.377rua=0.377nminr/i0i`nmax=uai0i`/0.377rua(Pe)無級變速器轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)特性：指需求特性的功率變化時，獨立地調(diào)節(jié)傳動裝置的傳動比，使發(fā)動機維持在給定的工作點或指定的工作模式。uac=0.377nmaxr/i0ic`uad=0.377nr/i0iD`nminnmaxnmaxnminΨ=0.03αua(Pe)以i為控制目標的三維MAP圖將同一ψ路面所求出的i’連起來最大傳動比

發(fā)動機轉(zhuǎn)速為最大功率轉(zhuǎn)速時i’與車速關(guān)系曲線發(fā)動機最低轉(zhuǎn)速時i’與車速關(guān)系曲線最小傳動比

受限于CVT結(jié)構(gòu)

受限于CVT結(jié)構(gòu)

ig=0.377nr/i0uaα0→α全開調(diào)節(jié)帶輪寬度即可改變r1r2，即改變傳動比。CVT技術(shù)已經(jīng)實用化了！汽車外形與輪胎汽車的外形輪胎空氣阻力系數(shù)空氣阻力滾動阻力系數(shù)滾動阻力CD值的降低與燃油節(jié)省程度滾動阻力與燃油消耗量的關(guān)系第四節(jié)裝有液力變矩器汽車燃油經(jīng)濟性的計算裝有液力變矩器汽車燃油經(jīng)濟性的計算發(fā)動機的特性液力傳動裝置的特性泵輪的轉(zhuǎn)矩特性液力變矩器的無因次特性本節(jié)解決的基本問題：如何估算裝有變矩器汽車的燃油經(jīng)濟性？發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩以及燃油消耗量與轉(zhuǎn)速及節(jié)氣門開度的關(guān)系裝有液力變矩器汽車的轉(zhuǎn)矩平衡曲線百公里燃油消耗量小時燃油消耗量(L/h)百公里燃油消耗量與車速曲線Qs~ua第五節(jié)電動汽車的研究防止地球變暖節(jié)約燃油控制排氣污染高效節(jié)能汽車PNGV復合動力的電力驅(qū)動裝置制動能耗回收利用裝置降低汽車的裝備質(zhì)量降低阻力系數(shù)(f,CD)降低附屬設備能耗PartnershipforAnewGenerationofVehicles1993年新一代汽車伙伴關(guān)系Hybrid04PRIUS新技術(shù)簡介PRIUSPrius介紹Prius的歷史1997.10NHW10日本國內(nèi)28.0km/L3,57l/100km2000.82003.829.0km/L3.45l/100km35.5km/L2.8l/100kmNHW11南美.,歐洲,澳洲,等.NHW20其它國家Prius介紹混合動力車系列19972006200320052001Prius(NHW10)EstimaAlphardPrius(NHW20)RX400hHighlanderCamryHV19972006200320052001CrownGS450h混合動力汽車（Hybridvehicles)Toyota&Lexus銷售數(shù)據(jù)2004HV銷售量:

世界總銷售量:180000占全部銷售量％:2,7%2005HV銷售量:世界總銷售量:300000占全部銷售量％

:4,1%2009HV銷售量:世界總銷售量:1000000占全部銷售量％

:10%Prius介紹概念更高的動力性更好的燃油經(jīng)濟性下線時間2003年8月(中國2005年12月在長春下線)車型系列目的地驅(qū)動形式車身形式動力系統(tǒng)發(fā)動機驅(qū)動橋-A美國FF5門艙背式1NZ-FXE(Atkinson阿特金森循環(huán))P112(包括電機)-K加拿大-W歐洲,香港,新加坡-Q澳大利亞-A-K-W-QTHSII升壓轉(zhuǎn)換器升壓轉(zhuǎn)換器使201.6V直流電轉(zhuǎn)換成500V直流電HV蓄電池變頻器總成MG1,2增壓轉(zhuǎn)換器變頻器直流201.6V直流500V交流500VTHSIIHV蓄電池采用201.6V直流HV蓄電池以減輕重量1.2Vx6格x28塊=201.6V1.2Vx6格x38塊=273.6V’03PRIUSPrius介紹THSII結(jié)構(gòu)

(HV電池)全封閉的鎳－氫(Ni-MH)電池

大約電壓為

直流200V位于后備箱內(nèi)后排座位下Prius介紹THSII結(jié)構(gòu)

(變頻器)變頻作用直流

交流高電壓變壓作用

直流

200V升至

直流

500V直流-直流

轉(zhuǎn)換

直流

200V降至

直流

12VA/C變頻器 DCAC驅(qū)動 A/C壓縮機底盤ECB(電控制動ElectricallyControlledBrake)液壓制動力由電子信號以及輔助再生制動系統(tǒng)進行控制駕駛員需求再生制動控制液壓制動控制防滑控制ECU車輛條件制動執(zhí)行器HVECUPrius介紹加速性和燃油經(jīng)濟性10–15工況

范圍內(nèi)的燃油經(jīng)濟性(km/L)0–100km/h加速時間

(秒.)更好的燃油經(jīng)濟性更好的加速性10203040141210PriusCamry(2.4L)Yaris(1.5L)HondaCivicHV16基本操作混合動力汽車更具燃油經(jīng)濟性的原因HV電池能量-+停止開始行駛?cè)铀僬Ｐ旭傊苿有旭倓恿μ峁┠芰績Υ?/p>

制動能量回收發(fā)動機輸出動力動力不足時補充基本操作THS-II驅(qū)動力特征行駛阻力最大車速最大巡航車速驅(qū)動力車速發(fā)動機+電動機+HV電池供電EV模式駕駛加速全加速常規(guī)車輛驅(qū)動力車速行駛阻力1st2nd3rd4th5thPrius介紹

豐田混合動力系統(tǒng)的動力輸出發(fā)動機 1.5升汽油發(fā)動機驅(qū)動橋

內(nèi)含500V交流電動機

Prius介紹使用了車廂內(nèi)部的大空間設計，改善了車輛的安全性Prius介紹行駛方式車輛可由汽油機來驅(qū)動，而無需對車輛進行充電。如果車輛電池的電量消耗，發(fā)動機會驅(qū)動發(fā)電機，對電池充電Prius介紹THSII系統(tǒng)操作

最大的優(yōu)點是在同一個系統(tǒng)中，同時使用了并聯(lián)和串聯(lián)系統(tǒng)動力分配機構(gòu)

Prius介紹THSII系統(tǒng)操作

電動機補充發(fā)動機的扭矩電動機發(fā)動機轉(zhuǎn)速

(rpm)200040006000扭矩(N·m)100200300400Prius介紹THSII結(jié)構(gòu)

(發(fā)動機) 1NZ-FXE

阿特金森式

直列4缸 16氣門雙頂置凸輪軸

1.5升

汽油發(fā)動機最大輸出功率SAE-NET(-A,-K)57kW@5000rpm(76HP@5000rpm)EEC(-W,-Q)57kW@5000rpm最大扭矩SAE-NET(-A,-K)111N·m@4200rpm(82lb·ft@4200rpm)EEC(-W,-Q)115N·m@4200rpmPrius介紹THSII結(jié)構(gòu)發(fā)電機(MG1)發(fā)動機行星齒輪組高壓電池變頻器電動機

(MG2)MG1實際位置在發(fā)動機和行星齒輪組中間Prius介紹THSII結(jié)構(gòu)

(驅(qū)動橋)

包含

交流500V的

電動機，發(fā)電機,行星齒輪,減速齒輪

和主減速齒輪

使用連續(xù)變速傳動裝置，達到操作的平滑性和寧靜性MG1(AC500V)MG2(AC500V)底盤鏈條的傳動比已經(jīng)改變從滾錐型變?yōu)闈L柱型軸承使用WS型變速器液MG1發(fā)電機MG2電機THSIIMG(電動機-發(fā)電機)參數(shù)MG1項目’04PRIUS類型同步交流電機功能發(fā)電機,發(fā)動機的起動機額定電壓VAC500最大輸出功率kW(PS)/rpm37.8(51)/9500最大輸出扭矩N·m(kgf·m)/rpm45(4.58)/0–6000最大扭矩時的電流值Arms75最大轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)/分10,000rpm冷卻系統(tǒng)水冷THSIIMG(電動機-發(fā)電機)參數(shù)MG2項目’04PRIUS類型

同步交流電機功能發(fā)電,驅(qū)動車輪額定電壓VAC500最大輸出功率kW(PS)/rpm50(68)/1200–1540最大輸出扭矩N·m(kgf·m)/rpm400(40.8)/0-1200最大扭矩時的電流值Arms230最大轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)/分6,700rpm冷卻系統(tǒng)水冷THS-II運作動力分配機構(gòu)(行星齒輪機構(gòu))行星齒輪齒圈行星架太陽輪THS-II運作動力分配機構(gòu)

(行星齒輪機構(gòu))MG1–太陽輪MG2–齒圈

車輪發(fā)動機–行星架

THS-II運作動力分配機構(gòu)

(